Dizajn objektiva za ispravljanje visokoglavnih aberacija personaliziranog ljudskog oka

Jiaxu Lua, B, Chunmei Zeng * A, B, Haomo Yuc

Aschool optoelektronske nauke i inženjerstva i suradnički inovacijski centar Suzhou Nano nauke i tehnologije, Satoochow University, Suzhou 215006, Kina;

BEY laboratorija naprednih optičkih tehnologija proizvodnje Jiangsu provincije i ključna laboratorija modernih optičkih tehnologija Ministarstva obrazovanja Kine, Satoochow University, Suzhou 215006, Kina;

Csuzhou Mason Optical Co., Ltd., Suzhou 215007, Kina

Dopisni autor: Chunmei _ zeng@suda.edu.cn

Sažetak

Aberacija ljudskog oka visoke narudžbe je faktor koji se ne može zanemariti u vizuelnom korekciji. Dizajn objektiva koji može ispraviti aberaciju s visokim redoslijedom može smanjiti negativan utjecaj na ljudsko oko i poboljšati vizualni kvalitet. U ovom radu, optički dizajn softver Zemax koristi se za izgradnju personaliziranog modela oka na osnovu lioa oka i izmjerenih podataka oka. Detaljni postupak optimizacije dat je prilikom postavljanja valne aberacije, tako da važna aberacija ciljanog ljudskog oka i stvarnog ljudskog oka obično su dosljedni. Izgrađeni personalizirani model očiju ima iste optičke karakteristike kao i stvarno ljudsko oko. Na osnovu personaliziranog modela oka, asferična sočiva dizajnirana je za ispravljanje aberacija s visokim redoslijedom. Nakon korekcije, aberacije visokog reda ciljnog oka su smanjene, a PV aberacije talasa smanjena je za 52,05%, RMS je smanjen za 59,64%. U međuvremenu, MTF tangencijalnog i sagitalnog smjera porastao je za 180%, a 135% u 100 ciklusa \/ mm.

Ključne riječi:Aberacije visokog reda, korekcija, personalizirani model očiju, asferična sočiva

1. Uvod

Ljudsko oko je relativno složen optički sustav, uključujući refrakcijsku sposobnost i difrakcijsku granicu optičkog sistema ljudskog oka, veličine učenika, veličine mrežnih fotoreceptorskih ćelija i raznih vrsta ljudskih očnih apreracija1. Da bi se postiglo dobro vizuelno iskustvo, ljudi su već dugi niz godina istražuju i studiraju, među kojima je korekcija aberacije ljudskog oka važno polje koje naučnici obraćaju pažnju i ulažu u napore. Pored aberacija niskog reda koja predstavlja defokus i asigmatizam, postoje i aberacije visoke narudžbi poput sferne aberacije, aberacije Comi i niz neredovnih aberacija visoke narudžbi u ljudskom oku 2-5. Ove aberacije s visokim redoslijedom donijet će probleme poput smanjene oštrine vida, smanjena osjetljivost na kontrastnu kontrastnu i sjaj6. Zbog toga, čak i nakon ispravljanja tradicionalnih problema s refrakcijom, pacijenti još uvijek nedostaju ukupna vizualna jasnoća. Stoga je aberacija ljudskog oka visoke narudžbe faktor koji se ne može zanemariti u korekciji.

Dugo se, korekcija vida ljudi uglavnom fokusira na upotrebu sfernog ogledala kako bi se ispravio defokus i asigmatizam tradicionalnih refrakcijskih problema. Ispravljanje aberacija višeg reda u ljudskom okom nije bilo moguće do 1990-ih, kada je proboj napravljen u tehnici preciznih mjerenja valnih aberacija. U 2008. godini, Američka kompanija, finansirala je istraživanje i razvoj naočala Izon-a7, koji je poboljšao vid mjerenjem valfrontne aberacije ljudskog oka nalog 2-6, a zatim učvrstiti ispravljenu dioptru olovkom ogledalo. Iako ova metoda predstavlja tehnologiju aberacije Weafront, ne uzima u obzir učinak aberacije visokog reda na sam vid. 2012. godine li Rui i al8. Koristi se asferična površina za dizajn naočala koje bi mogle ispraviti aberacije ljudskih očiju visokog reda. Istraživanje je pokazalo da je asferična korekcija sočiva bila najefikasnija za oči s velikim astigmatizmom i sfernim aberacijom. Međutim, ako su aberacije kome i djeteline velike, korekcijski efekat asferičnih sočiva nije očigledan.

U ovom radu, na osnovu Liou modela, kombinirajući izmjerenu prednju i stranu kornealnu površinu oka, uspostavljen je aksijalni razmak svakog dijela oka i podaci o aberaciji ljudskog valnog oblika, osniva se po podatke za aberanciju ljudskih valova. U

Dodatak, detaljni koraci daju se za ugradnju podataka o aberaciji ljudskih valnih brojeva, koji nisu prijavljeni u prethodnoj literaturi. Zatim su na osnovu ovog personaliziranog modela oka, asferične čaše optimiziraju kako bi se smanjile negativne efekte aberacije visokog reda na ljudske oči i poboljšavaju vizualni kvalitet. Svi gore navedeni sadržaj simulirani su optičkim dizajnerskom softverom Zemax.

2. Ustvari modela očiju

2.1 Uspostavljanje osnovnog modela očiju

Prije uspostavljanja personaliziranog modela oka trebali bismo prvo uspostaviti osnovni model oka, čiji su početni strukturni parametri odabrani Lio Eye Model9, što je vrlo slično optičkoj strukturi i fiziološkoj strukturi ljudskih očiju. Studije su pokazale da10,11, promjena kristalnog polumjera kristalnog sočiva u modelu GullStran-le Grand Eye u skladu je s podešavanjem ljudske kristalne sočiva, tako da se na prednju površinu objektiva može dodati tanki objektiv. Radijus zakrivljenosti i četvoronični koeficijent prednjih i stražnjih površina kristalnog sočiva odabrani su iz Lio Eye modela. Odabrana je vrijednost indeksa refrakcije GUllStrand-le Grand Eye. Specifični parametri osnovnog modela očiju prikazani su u tablici 1, a slika 1 je shematski dijagram osnovnog modela očiju.

Tabela 1 Osnovni parametri modela očiju

Slika 1 Struktura osnovnog modela očiju

Allegro Oculyzer Analizator se koristi za mjerenje topografske karte rožnice stvarnih ljudskih očiju, a debljina rožnice je 0. 462 mm, referentni sferni radijus zakrivljenosti prednje površine rožnice je 8,45 mm, a referentni sferni radijus zakrivljenosti stražnje površine je 6,19 mm. Izgled instrumenta prikazan je na slici 2.

Slika 2 Allegro Oculyzer prednji segment analizator

Aksijalna dužina između refktivnih površina oka mjeri se suoer oftalmički optički biometrijski SW {-9000, kao što je prikazano na slici 3. Izmjereni rezultati su uključeni debljina rožnice, debljina kristalnog komore, kristalna dubina leća i stakla. Prosjek podataka uzima se za 5 puta, kao što je prikazano u tablici 2.

Slika 3 suoer oftalmička optička biometrija SW -9000

Tabela 2 Aksijalna dužina između refrektivnih površina oka

gder Da li radijalna zraka koordinira u jedinici dužine sočiva,N Da li je koeficijent Zernike u nizu,A_i Da li je koeficijent i agencija porny-a ivica,ρ Da li je normalizirana radijalna zraka koordinata,φ Da li je koordinat Ray izražen ugao.

Postavili smo koeficijent Zenick Fringea a_i Na površini Zerrnike Fringe Sag kao varijabla za optimizaciju za dijeljenje astigmatizma i aberacije visokog reda. Da bismo osigurali nesmetani napredak optimizacije, prvo postavljali aberacije sa nižim redoslijedom, a zatim aberacije sa nižim redoslijedom (C 3- C5), zatim aberacije djeteline (C6, C9) i četverosobnog djeteline (C10, C14), a zatim optimizacija drugog reda Astigmatizam (C11, C13). U ovom trenutku neke početne količine daju se sfernim aberacijama (C12), a na kraju postavljanje sfernih aberacija (C12). Otkriveni podaci o aberaciji valova (nalog {18}}

4) RMS je 0. 8 0 31, a rezultat ugradnje je 0,8089. Stoga se rezultat konačne optimizacije gotovo konvergira na ciljnu vrijednost, a cjelovit personalizirani model očiju učinkovito je uspostavljen.

Tabela 3 Aberacije valne brojeve i njihov fizički značaj koji treba biti opremljeni

Tabela 4 Optimizirana parametara sočiva

3.2 Rezultati i analize

Početni aberacija ljudskog vala PV =7. 3457, RMS =1 6661. Nakon korekcije, PV =3. 5225, RMS =0. 6725, bivši smanjuje se za 52,05%, a potonje se smanjuje za 59,64%, što se značajno poboljšava. Tabela 5 prikazuje koeficijent Zernike sistema nakon korekcije. U usporedbi s korekcijom, vidi se da se sve smanjenje aberacije Zernike i tangencijalni i sagitalni MFT povećali za 180%, a 135% u 100 ciklusa \/ mm. Slika 4 prikazuje usporedbu MTF-a prije i nakon optimizacije. Dokazano je da dizajnirana asferična sočiva mogu učinkovito smanjiti aberacije ljudskih očiju s visokim redoslijedom i poboljšati vizualni kvalitet.

Tabela 5 Rezultat optimizacije

Slika 4 poređenje MTF-a prije i nakon optimizacije

4.Konluzija

U ovom radu, optički dizajn softver Zemax koristi se za izgradnju personaliziranog modela oka na osnovu Liou Eye-a i izmjerenih podataka. Pored toga, detaljan postupak optimizacije dat je prilikom postavljanja valnih aberacija, što rezultati simulacije u skladu sa stvarnim valfrontnim aberacijama ljudskih očiju. Korištenjem dobijenog personaliziranog modela očiju, asferična sočiva je optimizirana, a objektiv koji može ispraviti aberacije ljudskih očiju visokog reda je dizajnirana. Rezultati dizajna smanjili su aberacije ljudskih očiju s visokim redoslijedom, što se pokazalo korisnim za poboljšanje vizuelnog kvaliteta ljudskih očiju i ima određenu referentnu vrijednost za ispravljanje aberavanja ljudskih očiju s visokim redoslijedom. Manjak ovog rada je da ne smatra greškom uzrokovanom kretanjem ljudskih očiju u dizajnu, a ne postoji i analiza izvodljivosti obrade. Nadam se da ćemo nastaviti raspravu u budućem radu.

Reference

1. Campbell, FW, Green, DG (1965) Optički i mrežni faktori koji utječu na vizuelnu rezoluciju. Časopis za fiziologiju, 3: 576. https:\/\/pubmed.ncbi.nlm.nih.gov\/5880378\/
2. Komen, M., Tousey, R., SCLNIK, R. (1950) Sferna aberacija oka. Optometrija i vizija nauka, 7: 370-376. Doi: 10.1097 \/ {5}}.
3. Howland, HC, HOWSLAN B. (1977). Subjektivna metoda za mjerenje monohromatskih * aberacija oka. Časopis za optičko društvo Amerike, 11: 1508-1518. Doi: 10.1364 \/ josa.67.001508.
4. Jansonius, NM, Kooijman, AC (1998). Učinak sfernih i drugih aberacija na modulacijski prijenos defokusiranog ljudskog oka. Oftalmološka i fiziološka optika, 6: 504-513. https:\/\/onlinelibrary.wiley.com\/doi\/abs\/10.1046\/J.{!{.} ..}.1998.00391.x
5. Wang, Y., Wang ZQ, GUO, HQ, Quan W. (2005). Uticaj napredne aberacije ljudskog oka na vizuelnu funkciju. Acta Optica, 11: 1519-1525. https:\/\/www.researcting.cn\/articlepdf\/m00006\/2005\/25\/11\/gxxb{{.}.}.pdf.
6. Liang, J., Williams, Dr, Miller, DT (1997). Supernormalna vizija i snimak mrežnice visoke rezolucije putem adaptivne optike. Josa A, 11: 2884-2892. https:\/\/opg.optica.org\/josaa\/fulltext.cfm?uri{{ORAK 09{.} P.Crt 46{.15},3vjete.
7. Seiple, Wh, Szlyk, JP (2008). Performanse vida koje pruža Izon® spektakl objektiv objektiv. Pregled optometrije, 2. Https:\/\/chicagolighthouse.org\/wp-content\/uploads\/2015\/11\/{5}phthonics-final.pdf.
8. Li, R., Wang, ZQ, Liu, YJ, MU, GG (2012) Metoda za dizajn asferskih naočala za korekciju aberavanja visokog reda. Nauka Kina Tehnološke nauke, 55: 1391-1401. 10.1007 \/ s {7}}.
9. Liou, HL, Brennan, na (1997). Anatomsko precizno, fini modelno oko za optičko modeliranje. Josa A, 8: 1684-1695. https:\/\/opg.optica.org\/josaa\/fulltext.cfm?uri{{3} .}&&d{.{5}ljede zaplet.
10. Garner, LF, Smith, G. (1997). Promjene ekvivalentnog i gradijentnog indeksa refrakcije kristalnog sočiva sa smještajem. Optometrija i vizija nauka, 2: 114-119. https:\/\/journals.lww.com\/optvissci\/abstrakt\/1997\/02000\/Canges{.15} odaved{.{.}cevert.24.a SPX.
11. Koretz, JF, Cook, Ca, Kaufman, PL (2002). Starenje ljudskog sočiva: Promjene u obliku sočiva na smještaj i s smještajnim gubitkom. Josa A, 1: 144-151. https:\/\/opg.optica.org\/josaa\/fulltext.cfm?uri{{3} .}&&d{.{5}ljede zaplet.